UA123408C2 - Cathode block having a slot geometry - Google Patents

Abstract

Disclosed is a cathode block having a slot geometry, said carbon-based cathode block for an electrolysis cell for the production of aluminum being provided with at least one slot for accommodating at least one cathode bar, said at least one slot having at least one cavity, at least some sections of which extend in the longitudinal direction of the slot and which includes at least one undercut.

Description

Даний винахід належить до катодного блоку на основі вуглецю, що має геометричну форму паза нового типу, до катодної подини електролізера для одержання алюмінію, що містить такі катодні блоки, а також до електролізеру, що містить таку катодну подину.The present invention relates to a cathode block based on carbon having a geometrical shape of a new type of groove, to a cathode pod of an electrolyzer for obtaining aluminum containing such cathode blocks, as well as to an electrolyzer containing such a cathode pod.

Алюміній звичайно одержують електролізом розплаву в так називаних електролізерах.Aluminum is usually obtained by electrolysis of melt in so-called electrolyzers.

Електролізер звичайно являє собою ванну з листового заліза або сталі, дно якої футеровано теплоізоляцією. У цій ванні розташовано до 28 катодних блоків з вуглецю або графіту, з'єднаних з негативним полюсом джерела струму, дном іншої ванни, стінка якої складається з бортових блоків з вуглецю, графіту або карбіду кремнію. Між двома катодними блоками відповідно утворюється стик. Комплект катодних блоків і, якщо буде потреба, заповнених стиків звичайно називають катодною подиною. Стики між катодними блоками традиційно заповнюють вуглецевою і/або графітовою набивною масою на основі кам'яновугільного пеку. Вона служить для ущільнення проти витоків розплавлених компонентів і компенсації механічних напруг під час пуску в роботу. Як аноди, як правило, служать вуглецеві блоки, що висять на з'єднаній з позитивним полюсом джерела струму несучій конструкції.The electrolyzer is usually a bath made of sheet iron or steel, the bottom of which is lined with thermal insulation. In this bath there are up to 28 cathode blocks of carbon or graphite, connected to the negative pole of the current source, the bottom of another bath, the wall of which consists of side blocks of carbon, graphite or silicon carbide. A junction is formed between the two cathode blocks, respectively. A set of cathode blocks and, if necessary, filled joints is usually called a cathode module. Joints between cathode blocks are traditionally filled with carbon and/or graphite packing material based on coal pitch. It serves to seal against leaks of molten components and compensate for mechanical stresses during start-up. Carbon blocks hanging on a supporting structure connected to the positive pole of the current source serve as anodes.

В електролізері такого типу розплавлену суміш оксиду алюмінію (АЇг29Оз) і кріоліту (МазАїЕв), що переважно містить приблизно 2-595 оксиду алюмінію, приблизно 85-80 95 кріоліту і інші добавки, піддають електролізу в розплаві при температурі приблизно 960 "С. При цьому розчинений оксид алюмінію реагує із твердим вуглецевим анодом і утворює рідкий алюміній і газоподібний діоксид вуглецю. Розплавлена суміш покриває бічні стінки електролізера захисною кіркою, у той час як алюміній внаслідок своєї більш високої густини в порівнянні із густиною розплаву збирається на подині електролізера під розплавом, і в такий спосіб виявляється захищеним від повторного окиснювання киснем повітря або діоксидом вуглецю. Отриманий у такий спосіб алюміній періодично відбирають із електролізера і переробляють.In an electrolyzer of this type, a molten mixture of aluminum oxide (AlG29Oz) and cryolite (MazAlIEv), which mainly contains approximately 2-595 aluminum oxide, approximately 85-80 95 cryolite and other additives, is subjected to electrolysis in the melt at a temperature of approximately 960 "С. dissolved aluminum oxide reacts with the solid carbon anode and forms liquid aluminum and gaseous carbon dioxide.The molten mixture covers the side walls of the electrolyzer with a protective crust, while aluminum, due to its higher density compared to the density of the melt, collects on the bottom of the electrolyzer under the melt, and in this method is protected from re-oxidation by air oxygen or carbon dioxide.The aluminum obtained in this way is periodically removed from the electrolyzer and processed.

При електролізі анод витрачається, у той час як катодна подина під час електролізу залишається в значній мірі хімічно інертною. Таким чином, анод являє собою швидко зношувану деталь, яку у ході роботи часто заміняють, у той час як катодна подина розрахована на довгострокове і тривале застосування. Проте сучасні катодні подини також піддані зношуванню.During electrolysis, the anode is consumed, while the cathode layer remains largely chemically inert during electrolysis. Thus, the anode is a fast-wearing part that is often replaced during operation, while the cathode pod is designed for long-term and long-term use. However, modern cathode pods are also subject to wear.

Внаслідок руху шару алюмінію по катодній подині відбувається механічне стирання поверхні катода. При цьому внаслідок утворення карбіду алюмінію і проникнення натрію відбувається (електро)хімічна корозія катодної подини. Так як звичайно послідовно підключають від 100 до 300 електролізерів, щоб створити економічно доцільну установку для виробництва алюмінію, і такого роду установка звичайно повинна експлуатуватися щонайменше від 4 до 10 років, то відмова і заміна катодного блоку в електролізері подібної установки може бути дорогою і вимагати високозатратного ремонту, що сильно знижує рентабельність установки.As a result of the movement of the aluminum layer along the cathode path, mechanical abrasion of the cathode surface occurs. At the same time, as a result of the formation of aluminum carbide and the penetration of sodium, (electro)chemical corrosion of the cathode lining occurs. Since usually from 100 to 300 electrolyzers are connected in series to create an economically feasible plant for the production of aluminum, and such a plant must usually be operated for at least 4 to 10 years, the failure and replacement of the cathode unit in the electrolyzer of such a plant can be expensive and require a high-cost repair, which greatly reduces the profitability of the installation.

Для забезпечення роботи електролізера катодні блоки містять щонайменше по одному пазу для розміщення щонайменше одного катодного стрижня, через який відводиться підводжуваний до анодів струм. При цьому катодний стрижень може бути виконаний зі сталі, міді, інших електропровідних металів, металевих сплавів або металокомпозитних матеріалів, а переважно - зі сталі. Проміжні простори між обмежуючими пази окремими стінками катодних блоків і катодних стрижнів, як правило, заливають чавуном, внаслідок чого утворюється вузол "катодний стрижень-чавун". При роботі завдяки цьому заповненню паза забезпечується електричний і механічний зв'язок катодного стрижня з катодним блоком. Цей процес заливання також називають "закладенням стрижнів". Після цієї технологічної стадії вузол, що складається з катодного стрижня, чавуну і катодного блоку, повертають на 180?" у так називане робоче положення і установлюють в електролізер. У рамках даного винаходу під робочим положенням розуміють те, що отвір паза для катодного стрижня спрямований донизу. Потім цей вузол доводять до робочої температури 960 "С і далі експлуатують протягом декількох років.To ensure the operation of the electrolyzer, the cathode blocks contain at least one groove for placing at least one cathode rod, through which the current supplied to the anodes is diverted. At the same time, the cathode rod can be made of steel, copper, other electrically conductive metals, metal alloys or metal composite materials, and preferably of steel. The intermediate spaces between the separate walls of the cathode blocks and the cathode rods, which limit the grooves, are usually filled with cast iron, resulting in the formation of a "cathode rod-cast iron" assembly. During operation, thanks to this filling of the groove, the electrical and mechanical connection of the cathode rod with the cathode block is ensured. This pouring process is also called "rod-setting". After this technological stage, the unit consisting of the cathode rod, cast iron and the cathode block is turned 180° to the so-called working position and installed in the electrolyzer. In the framework of this invention, the working position means that the opening of the slot for the cathode rod is directed downwards Then this node is brought to an operating temperature of 960 "С and is further operated for several years.

Відомо, що у зв'язку з можливим випаданням струмовідвідної шини при повороті в робоче положення або при установці, відіграє роль геометрична форма паза. Завдяки формі паза у вигляді так називаного "ластівчиного хвоста" (див. фіг. їа і 16) запобігається випадання залитого катодного стрижня, тому що завдяки формі паза у вигляді "ластівчиного хвоста" вузол "катодний стрижень-ч-авун" затискається в пазу. Однак у цьому випадку внаслідок різних коефіцієнтів термічного розширення (КТР) вузла "катодний стрижень-ч-авун" у порівнянні з катодним блоком, що розрізняються приблизно в 3-5 разів, утворюється повітряний зазор від 0,5 до 10,0 мм між вузлом "катодний стрижень-ч-авун' і дном паза катодного блоку після охолодження по завершенні процесу закладення стрижнів і повороту блоку для установки.It is known that the geometric shape of the groove plays a role in connection with the possible fallout of the current-carrying busbar when turning to the working position or during installation. Thanks to the shape of the groove in the form of the so-called "dovetail" (see Fig. ia and 16), the falling out of the filled cathode rod is prevented, because thanks to the shape of the groove in the form of a "swallowtail" the "cathode rod-ch-avun" assembly is clamped in the groove. However, in this case, due to the different coefficients of thermal expansion (CTE) of the "cathode rod-ch-avun" node in comparison with the cathode block, which differ by approximately 3-5 times, an air gap of 0.5 to 10.0 mm is formed between the node "cathode rod-ch-avun" and the bottom of the groove of the cathode block after cooling, after completing the process of laying the rods and turning the block for installation.

Коефіцієнт термічного розширення (КТР) являє собою показник теплового розширення і характеризує властивості речовини щодо зміни його зовнішніх розмірів при зміні температури.The coefficient of thermal expansion (CTE) is an indicator of thermal expansion and characterizes the properties of a substance in relation to changes in its external dimensions when the temperature changes.

Визначення КТР здійснюють за ІБО 14420 від 01.07.2005. бо При нагріванні до робочої температури відбувається розширення вузла "катодний стрижень-Determination of KTR is carried out according to IBO 14420 dated July 1, 2005. because when heated to the operating temperature, the "cathode rod" node expands

чавун", внаслідок чого здійснюється механічний тиск на катодний блок, який слабкіше розширюється. Цей тиск діє сильніше на бічні стінки паза і слабкіше на дно паза катодного блоку. Внаслідок цього в катодному блоці можуть утворюватися тріщини, які ведуть до того, Що рідкий алюміній або розплав може проникнути в блок, що в підсумку зменшує термін служби катодного блоку.cast iron", as a result of which mechanical pressure is exerted on the cathode block, which expands less. This pressure acts more strongly on the side walls of the groove and weaker on the bottom of the groove of the cathode block. As a result, cracks can form in the cathode block, which lead to the fact that liquid aluminum or the melt can penetrate the unit, which ultimately reduces the life of the cathode unit.

Паз звичайно має три стінки, що обмежують катодний блок. При цьому у випадку прямокутного паза стінку, що проходить паралельно робочій стороні катодного блоку, називають дном паза. Під робочою стороною катодного блоку розуміють сторону катодного блоку, що стикається з розплавом алюмінію. Стінки паза, що проходять паралельно довгим сторонам катода, називають бічними стінками. Позначення обмежуючих паз стінок термінами "бічна стінка" і "дно паза" є принциповим для всіх форм паза за винятком круглого паза, у випадку якого ця відмінність відсутня природно.The groove usually has three walls bounding the cathode block. At the same time, in the case of a rectangular groove, the wall running parallel to the working side of the cathode block is called the bottom of the groove. The working side of the cathode block means the side of the cathode block that comes into contact with the aluminum melt. The walls of the groove running parallel to the long sides of the cathode are called side walls. Designation of the limiting groove walls by the terms "side wall" and "bottom of the groove" is fundamental for all forms of the groove with the exception of the round groove, in which case this distinction is absent naturally.

Внаслідок того, що при роботі тиск, що притискає до дна паза, порівняно менший тиску, що притискає до бічних стінок, опір контакту на дні паза завжди значно більший, ніж на бічних поверхнях катодного блоку. При повітряному зазорі 0,5 мм у холодному стані опір контакту на дні паза становить приблизно 250 Ом:мм: (змінений при робочій температурі від 800 до 950 С), що приблизно в 25 разів більше, ніж на бічних стінках паза катодного блоку, який становить приблизно 10 Ом:мм?. Під опором контакту розуміють електричний опір між двома стичними один з одним електричними провідниками. Цей опір може бути визначений як різниця загального опору і суми місцевих опорів такого роду системи, причому власне опір визначають звичайним способом, таким як, наприклад, вимір струму і напруги. Зазору в 1,5 мм у холодному стані досить, щоб при роботі був відсутній надійний контакт із дном паза. Катодний опір електролізера у випадку відсутності контакту із дном паза приблизно на 10 95 більше, ніж у випадку наявності контакту. Під катодним опором електролізера варто розуміти електричний опір, що виникає при проходженні струму через катодний блок з робочої сторони катодного блоку до виходу з катодного блоку через катодний стрижень до торцевих поверхонь на зовнішній стороні. Внаслідок підвищення катодного опору спадання напруги на катоді (СаїйодеDue to the fact that during operation, the pressure pressing against the bottom of the groove is comparatively smaller than the pressure pressing against the side walls, the contact resistance at the bottom of the groove is always much greater than on the side surfaces of the cathode block. With an air gap of 0.5 mm in the cold state, the contact resistance at the bottom of the groove is about 250 Ω:mm: (changed at the operating temperature from 800 to 950 C), which is about 25 times greater than at the side walls of the groove of the cathode block, which is approximately 10 ohm:mm?. Contact resistance refers to the electrical resistance between two electrical conductors in contact with each other. This resistance can be defined as the difference between the total resistance and the sum of the local resistances of this kind of system, and the actual resistance is determined in the usual way, such as, for example, the measurement of current and voltage. A gap of 1.5 mm in the cold state is enough to ensure that there is no reliable contact with the bottom of the groove during operation. The cathodic resistance of the electrolyzer in the absence of contact with the bottom of the groove is approximately 10 95 more than in the presence of contact. The cathode resistance of the electrolyzer should be understood as the electrical resistance that occurs during the passage of current through the cathode block from the working side of the cathode block to the exit from the cathode block through the cathode rod to the end surfaces on the outside. As a result of the increase in the cathode resistance, the voltage drop at the cathode (Saiyode

Мойаде Огор, СМО) також підвищується відповідно на 10 95. Спадання напруги на катоді залежить від застосовуваного матеріалу катодного блоку, вузла "катодний стрижень-чавун" іMoyade Ohor, SMO) also increases accordingly by 10 95. The voltage drop at the cathode depends on the used material of the cathode block, the "cast iron cathode rod" assembly and

Зо опору контакту між цими двома компонентами. З підвищеного СМО виходить більш висока напруга електролізера і, отже, більш високе питоме енергоспоживання на одиницю маси виробленого алюмінію.From the contact resistance between these two components. The increased SMO results in a higher voltage of the electrolyzer and, therefore, a higher specific energy consumption per unit mass of aluminum produced.

Інший недолік полягає в тому, що внаслідок проникнення натрію в катодну подину, обумовленого дифузією з розплаву кріоліту (МазАІЕє), геометричні розміри катодного блоку збільшуються, внаслідок чого також збільшуються геометричні розміри паза. Наслідком цього є те, що утворюється або збільшується повітряний зазор або зменшується притискний тиск вузла "катодний стрижень-чавун", внаслідок чого виникає більше високий опір контакту і, отже, більше високе СМО.Another disadvantage is that due to the penetration of sodium into the cathode lining, caused by diffusion from the cryolite melt (MazAIEe), the geometric dimensions of the cathode block increase, as a result of which the geometric dimensions of the groove also increase. The consequence of this is that an air gap is formed or an air gap is increased or the clamping pressure of the "cathode rod-cast iron" assembly is reduced, resulting in a higher contact resistance and, therefore, a higher SMO.

Для забезпечення низького електричного опору і низького перехідного опору між струмовідвідною шиною або чавуном і катодним блоком відомий описаний в СЕ 10 2011 004 009 катодний блок, у якому щонайменше один паз локально футерований листовим графітом, причому щонайменше один паз постачений щонайменше однією струмовідвідною шиною, яка щонайменше локально має оболонку із чавуну, і при цьому в обмежуючій цей щонайменше один паз стінці катодного блоку передбачене щонайменше одне заглиблення, причому оболонка із чавуну щонайменше місцями заходить у щонайменше одне заглиблення. При цьому досягається міцне механічне з'єднання між укладеною в оболонку із чавуну струмовідвідною шиною і катодним блоком, що перешкоджає випаданню струмовідвідної шини з футерованого листовим графітом паза. Ці заглиблення можуть мати напівкруглий, трикутний, прямокутний або трапецієподібний поперечний переріз, причому у випадку трапецієподібного поперечного перерізу довга основа трапеції перебуває на поверхні стінки паза.In order to ensure low electrical resistance and low transition resistance between the current-carrying bus or cast iron and the cathode block, the cathode block described in CE 10 2011 004 009 is known, in which at least one groove is locally lined with sheet graphite, and at least one groove is supplied with at least one current-carrying bus, which is at least locally has a shell made of cast iron, and at the same time in the wall of the cathode block limiting this at least one groove, at least one recess is provided, and the shell made of cast iron at least in places enters at least one recess. At the same time, a strong mechanical connection is achieved between the current-carrying bus enclosed in a cast-iron shell and the cathode block, which prevents the current-carrying bus from falling out of the slot lined with sheet graphite. These recesses can have a semicircular, triangular, rectangular or trapezoidal cross-section, and in the case of a trapezoidal cross-section, the long base of the trapezium is on the surface of the wall of the groove.

В СН 663624 описаний катодний блок, у якому струмовідвідна шина розміщена посадкою з допуском, причому катодний блок має виступи по всій поверхні паза. Ці виступи можуть мати трикутний, прямокутний, квадратний, трапецієподібний або синусоїдальний поперечний переріз, причому у випадку трапецієподібного поперечного перерізу довга основа трапеції перебуває на поверхні стінки паза. Застосування цього катодного блоку повинне зменшувати електричний перехідний опір між струмовідвідною шиною і катодним блоком; при цьому після розміщення струмовідвідної шини посадкою з допуском чавун не застосовують.CH 663624 describes a cathode block in which the current-carrying busbar is fitted with a tolerance, and the cathode block has protrusions over the entire surface of the groove. These protrusions can have a triangular, rectangular, square, trapezoidal or sinusoidal cross-section, and in the case of a trapezoidal cross-section, the long base of the trapezium is on the surface of the groove wall. The use of this cathode block should reduce the electrical transient resistance between the current-carrying bus and the cathode block; at the same time, cast iron is not used after placement of the current-carrying busbar with tolerance.

Таким чином, завданням даного винаходу є розробка альтернативного катодного блоку для електролізера з виробництва алюмінію, який при роботі електролізера забезпечує низький і, бо зокрема, також протягом тривалого періоду електролізу стійко низький електричний опір і,Thus, the task of this invention is the development of an alternative cathode block for an electrolyzer for the production of aluminum, which during the operation of the electrolyzer provides a low and, in particular, also during a long period of electrolysis, a stably low electrical resistance and,

зокрема, також низький опір контакту між катодним стрижнем або чавуном і катодним блоком.in particular, also low contact resistance between the cathode rod or cast iron and the cathode block.

Крім того, завдяки більш низькому опору контакту катодний блок забезпечує також більш низьке спадання напруги на катоді, внаслідок чого втрати енергії в електролізері і питоме енергоспоживання на одиницю маси виробленого алюмінію є низькими.In addition, due to the lower contact resistance, the cathode unit also provides a lower voltage drop on the cathode, as a result of which the energy losses in the electrolyzer and the specific energy consumption per unit mass of aluminum produced are low.

Завдання вирішується за рахунок катодного блоку на основі вуглецю для електролізера з виробництва алюмінію із щонайменше одним пазом для розміщення щонайменше одного катодного стрижня, причому щонайменше один паз має щонайменше одну виїмку, що проходить щонайменше місцями (ділянками) у його поздовжньому напрямку, із щонайменше одним піднутренням.The object is solved by a carbon-based cathode block for an electrolyzer for aluminum production with at least one groove for accommodating at least one cathode rod, and at least one groove has at least one recess passing through at least places (sections) in its longitudinal direction, with at least one undercut .

Під прохідною в поздовжньому напрямку виїмкою розуміють, що вона проходить від однієї вузької сторони катодного блоку до іншої вузької сторони катодного блоку, тобто між його так називаними торцевими поверхнями (див. фіг. Та) Щонайменше місцями прохідна в поздовжньому напрямку виїмка означає, що виїмка не обов'язково повинна проходити по всій довжині катодного блоку, а може проходити також лише місцями. Катодний блок переважно має щонайменше одну прохідну по всій довжині катода виїмку і/або від двох до восьми ділянок з виїмкою, причому переважно є від двох до трьох ділянок з виїмкою. Прохідні ділянками виїмки мають перевагу в тому, що цілеспрямовано може виявлятися локальний вплив на проходження струму через катодний блок. Максимальна довжина ділянки з виїмкою становить переважно 1/3 довжини катода у випадку двох ділянок з виїмкою і мінімально 1/20 довжини катода у випадку восьми ділянок з виїмкою. У випадку більше восьми ділянок з виїмкою відсутня відмінність від виїмки, що проходить по всій довжині, і в цьому випадку технічно легше виконати суцільну виїмку.A groove passing through in the longitudinal direction is understood to mean that it passes from one narrow side of the cathode block to the other narrow side of the cathode block, i.e. between its so-called end surfaces (see Fig. 1). must necessarily pass along the entire length of the cathode block, and may also pass only in places. The cathode block preferably has at least one recess extending along the entire length of the cathode and/or from two to eight sections with a recess, and preferably there are from two to three sections with a recess. Passing sections of recesses have the advantage that a local influence on the passage of current through the cathode block can be purposefully detected. The maximum length of the notch is preferably 1/3 of the length of the cathode in the case of two notch regions and at least 1/20 of the cathode length in the case of eight notch regions. In the case of more than eight areas with a notch, there is no difference from a notch that runs along the entire length, and in this case it is technically easier to perform a continuous notch.

Щодо поперечного перерізу, тобто при розгляді торцевих поверхонь катодного блоку, катодний блок має щонайменше одну виїмку, причому число виїмок залежить від розмірів виїмок, а проміжок між двома виїмками переважно становить щонайменше на 10 мм більше суми радіусів окружностей сусідніх виїмок.Regarding the cross-section, that is, when considering the end surfaces of the cathode block, the cathode block has at least one recess, and the number of recesses depends on the dimensions of the recesses, and the gap between two recesses is preferably at least 10 mm greater than the sum of the radii of the circles of the adjacent recesses.

У рамках даного винаходу як виїмку з піднутренням розуміють форму, у випадку якої після заповнення виїмки, наприклад, рідким чавуном затверділий чавун не може бути видалений з виїмки без руйнування форми. При цьому видалення зсувом у поздовжньому напрямкуWithin the framework of this invention, a recess with an undercut is understood as a form in which, after filling the recess, for example, with liquid cast iron, the hardened cast iron cannot be removed from the recess without destroying the mold. At the same time, removal by shearing in the longitudinal direction

Зо катодного блоку не розглядається.From the cathode block is not considered.

Цю обставину можна пояснити не обмежуючим даний винахід прикладом виїмки з піднутренням (див. фіг. 2). Відповідно до варіанта здійснення за фіг. 2 катодний блок у поперечному перерізі має виїмки (5, 5), наприклад, у формі розімкнутої окружності діаметром 50 мм із шириною розімкнутої убік паза частини окружності 10 мм. Таким чином, діаметр розімкнутої окружності перевищує ширину розімкнутої частини окружності. Після затвердіння залитого чавуну завдяки такій формі виїмки чавун не може випасти з виїмки або не може бути видалений з виїмки без руйнування. Таким чином затверділий чавун завдяки формі виїмки, тобто внаслідок наявності піднутрення, фіксується у формі.This circumstance can be explained by a non-limiting example of a recess with an undercut (see Fig. 2). According to the embodiment of fig. 2, the cathode block in the cross section has notches (5, 5), for example, in the form of an open circle with a diameter of 50 mm with a width of the open side groove part of the circle of 10 mm. Thus, the diameter of the open circle exceeds the width of the open part of the circle. After solidification of cast iron, due to this form of recess, the cast iron cannot fall out of the recess or cannot be removed from the recess without destruction. Thus, due to the shape of the recess, that is, due to the presence of an undercut, the hardened cast iron is fixed in the form.

Завдяки виїмці з піднутренням досягається поліпшене анкерне закріплення і позиціювання катодного стрижня в пазу, так що після охолодження по завершенні процесу закладення стрижнів і повороту катодного блоку в робоче положення між вузлом "катодний стрижень-чавун" і катодним блоком утворюється повітряний зазор, що становить менше 0,5 мм. Це зменшення при нагріванні катодного блоку до робочої температури електролізера веде до зменшення опору контакту на дні паза на величину від 1 до З Ом:мм-, що відповідає поліпшенню від 8 до 25 разів. Це, у свою чергу, обумовлює низьке спадання напруги на катоді (СМО) в 20-50 мВ. У результаті зменшеного спадання напруги на катоді виходять менші на 1-2 95 втрати енергії в електролізері і, відповідно, менше на 1-295 питоме енергоспоживання на одиницю маси виробленого алюмінію.Thanks to the notch with an undercut, improved anchoring and positioning of the cathode rod in the groove is achieved, so that after cooling, upon completion of the process of laying the rods and turning the cathode block into the working position, an air gap is formed between the "cathode rod-cast iron" assembly and the cathode block, which is less than 0 .5 mm. This decrease when heating the cathode block to the operating temperature of the electrolyzer leads to a decrease in the contact resistance at the bottom of the groove by 1 to 3 Ohm:mm-, which corresponds to an improvement of 8 to 25 times. This, in turn, causes a low voltage drop at the cathode (SMO) of 20-50 mV. As a result of the reduced voltage drop at the cathode, energy losses in the electrolyzer are 1-295 lower and, accordingly, the specific energy consumption per unit mass of aluminum produced is 1-295 lower.

Переважно, прохідна у поздовжньому напрямку щонайменше одна виїмка має в поперечному перерізі форму розімкнутої убік паза окружності або розімкнутої убік паза окружності з горловиною, причому розімкнута частина менше діаметра окружності. Під поперечним перерізом розуміють відображення поверхні перерізу перпендикулярно поздовжній осі тіла, що розсікається. Округла частина виїмки зменшує механічні напруги, тому що діючі сили розподіляються рівномірно по окружності, що сприяє прикладенню притискного тиску, по всій площі.Preferably, the longitudinally extending at least one notch has a cross-sectional shape of an open-side circular groove or an open-side circular groove with a neck, and the open part is smaller than the diameter of the circle. A cross-section is understood as a representation of the cross-sectional surface perpendicular to the longitudinal axis of the body being dissected. The rounded part of the recess reduces mechanical stress, because the forces are distributed evenly around the circumference, which helps to apply pressing pressure over the entire area.

Відповідно до наступного переважного варіанта здійснення даного винаходу розімкнута частина окружності щонайменше однієї виїмки або розімкнута частина окружності щонайменше однієї виїмки з горловиною має ширину від 5 до 60 мм, переважно від 10 до 45 мм, а більш переважно від 15 до 30 мм. У випадку ширини горловини більше 5 мм чавун легше затікає у бо виїмку, внаслідок чого вона може бути заповнена повністю. У випадку ширини горловини більшеAccording to the next preferred embodiment of the present invention, the open part of the circumference of at least one notch or the open part of the circumference of at least one notch with a neck has a width of from 5 to 60 mm, preferably from 10 to 45 mm, and more preferably from 15 to 30 mm. In the case of a neck width of more than 5 mm, cast iron flows more easily into the groove, as a result of which it can be completely filled. In the case of the width of the neck is more

60 мм виїмка з піднутренням відсутня.There is no 60 mm notch with an undercut.

Переважно, горловина згаданої щонайменше однієї виїмки має глибину від З до 30 мм, переважно від 5 до 20 мм, а більш переважно від 10 до 15 мм. У рамках даного винаходу як глибина прийнята довжина горловини виїмки від паза в напрямку до зовнішньої сторони катодного блоку. При глибині горловини більше 30 мм з'являються занадто більші розтягальні напруги, які викликають розрив катодного блоку. При глибині горловини менше З мм на розімкнутій частині окружності з'являються занадто великі розтягальні напруги, які викликають розрив катодного блоку. Тріщини в катодному блоці ведуть до скорочення терміну служби катодного блоку або навіть до повного виходу електролізера з ладу.Preferably, the neck of said at least one notch has a depth of from 3 to 30 mm, preferably from 5 to 20 mm, and more preferably from 10 to 15 mm. Within the framework of this invention, the length of the neck of the notch from the groove towards the outer side of the cathode block is taken as the depth. When the depth of the neck is more than 30 mm, too high tensile stresses appear, which cause the cathode block to break. When the depth of the throat is less than 3 mm, excessively large tensile stresses appear on the open part of the circumference, which cause the cathode block to break. Cracks in the cathode block lead to a reduction in the service life of the cathode block or even to the complete failure of the electrolyzer.

Переважно, у горловині згаданої щонайменше однієї виїмки стінки в поперечному перерізі проходять паралельно або непаралельно одна одній, а більш переважно проходять паралельно.Preferably, in the neck of the said at least one notch, the walls in the cross section run parallel or non-parallel to each other, and more preferably run parallel.

Відповідно до наступного переважного варіанта здійснення даного винаходу горловина згаданої щонайменше однієї виїмки, виходячи з розімкнутої частини окружності, проходить перпендикулярно пазу, звужуючись або розширюючись. Під звуженням розуміють, що ширина горловини від розімкнутої частини окружності до паза стає меншою, а під розширенням розуміють, що її ширина стає більшою.According to the next preferred embodiment of the present invention, the neck of said at least one recess, starting from the open part of the circumference, passes perpendicularly to the groove, narrowing or widening. The narrowing means that the width of the neck from the open part of the circle to the groove becomes smaller, and the expansion means that its width becomes larger.

Згідно з ще одним переважним варіантом здійснення даного винаходу згадана щонайменше одна прохідна в поздовжньому напрямку виїмка має, якщо дивитися по довжині катодного блоку, змінну загальну глибину щодо дна паза, і згадана щонайменше одна виїмка на поздовжніх кінцях катодного блоку має меншу загальну глибину, ніж у середині катодного блоку.According to another preferred embodiment of the present invention, said at least one recess extending in the longitudinal direction has, when viewed along the length of the cathode block, a variable overall depth with respect to the bottom of the groove, and said at least one recess at the longitudinal ends of the cathode block has a smaller overall depth than in the middle of the cathode block.

Змінна загальна глибина має ту перевагу, що загальний об'єм паза зменшується і тим самим зменшується потреба в чавуні. Крім того, також мають місце низькі термічні напруги, що, у свою чергу, зменшує ризик появи тріщин завдяки низькому притискному тиску чавуну на катодний блок.The variable overall depth has the advantage that the total volume of the groove is reduced and thus the need for cast iron is reduced. In addition, there are also low thermal stresses, which in turn reduces the risk of cracks due to the low pressure of the cast iron on the cathode block.

Згідно з ще одним переважним варіантом здійснення даного винаходу згадана щонайменше одна прохідна в поздовжньому напрямку виїмка має загальну глибину від 5 до 80 мм, переважно від 10 до 50 мм, а більш переважно від 15 до 35 мм. Загальна глибина виїмки від 5 до 80 мм забезпечує безпроблемне і повне заповнення виїмки чавуном, що підвищує механічнуAccording to another preferred embodiment of the present invention, the mentioned at least one recess extending in the longitudinal direction has a total depth of from 5 to 80 mm, preferably from 10 to 50 mm, and more preferably from 15 to 35 mm. The total depth of the recess from 5 to 80 mm ensures problem-free and complete filling of the recess with cast iron, which increases the mechanical

Зо стабільність заповненої виїмки. При загальній глибині більше 80 мм підсилюються розтягальні напруги, які зменшують стабільність. При загальній глибині менше 5 мм позитивні ефекти не проявляються внаслідок малих поверхонь і геометричних форм.From the stability of the filled recess. With a total depth of more than 80 mm, tensile stresses increase, which reduce stability. With a total depth of less than 5 mm, positive effects are not manifested due to small surfaces and geometric shapes.

Переважно, згадана щонайменше одна виїмка перебуває на дні паза і/або в галтелі паза, іл або стосується галтелі паза.Preferably, said at least one recess is located at the bottom of the groove and/or in the groove fillet, or relates to the groove fillet.

У рамках даного винаходу під галтеллю паза розуміють перехідну ділянку між бічною стінкою паза і дном паза. На фіг. 165 представлений паз у поперечному перерізі, причому ділянка (11, 11) означає початок цієї перехідної ділянки, а ділянка (12, 12) - кінець перехідної ділянки.Within the scope of this invention, the groove slat is understood as the transition area between the side wall of the groove and the bottom of the groove. In fig. 165 shows a groove in a cross section, and the section (11, 11) means the beginning of this transition section, and the section (12, 12) is the end of the transition section.

Завдяки перехідній ділянці мінімізуються напруженості і виникаючі внаслідок цього тріщини.Due to the transition area, tensions and resulting cracks are minimized.

Завдяки вибраному розташуванню виїмок робиться можливим оптимальне анкерне закріплення вузла "катодний стрижень-чавун" на дні паза, внаслідок чого досягається поліпшення контакту між вузлом "катодний стрижень-чавун" і катодним блоком.Thanks to the selected location of the grooves, it is possible to optimally anchor the "cathode rod-cast iron" assembly at the bottom of the groove, as a result of which an improvement in contact between the "cathode rod-cast iron" assembly and the cathode block is achieved.

Мінімальний проміжок між центрами розімкнутих окружностей переважно становить щонайменше на 10 мм більше суми радіусів окружностей сусідніх виїмок. Якщо проміжок між центрами розімкнутих окружностей менший, то відбувається погіршення механічної стабільності, обумовлене утворенням тріщин.The minimum gap between the centers of the open circles is preferably at least 10 mm greater than the sum of the radii of the circles of the adjacent recesses. If the gap between the centers of open circles is smaller, the deterioration of mechanical stability occurs due to the formation of cracks.

Відповідно до наступного переважного варіанта здійснення даного винаходу згадана щонайменше одна виїмка заповнена чавуном або сполученням провідного металу, переважно міді, і чавуну. Провідний метал викликає вирівнювання розподілу струму уздовж катода. Крім того, завдяки більшому розширенню провідного металу в порівнянні з вуглецевим матеріалом катода підвищується притискний тиск катодного стрижня на дно паза при роботі. У рамках даного винаходу як провідний метал маються на увазі сталь, мідь, інші електропровідні метали, металеві сплави або металокомпозитні матеріали, а переважно - сталь або мідь.According to the next preferred embodiment of the present invention, said at least one recess is filled with cast iron or a combination of conductive metal, preferably copper, and cast iron. Conductive metal causes equalization of the current distribution along the cathode. In addition, due to the greater expansion of the conductive metal compared to the carbon material of the cathode, the pressure of the cathode rod on the bottom of the groove increases during operation. Within the framework of this invention, as a conductive metal is meant steel, copper, other electrically conductive metals, metal alloys or metal composite materials, and preferably - steel or copper.

Згідно із ще одним переважним варіантом здійснення даного винаходу вміст вуглецю в чавуні становить більше 2,0 мас. 95, переважно більше 2,5 мас. 95, а особливо переважно більше 3,0 мас. 95, вміст кремнію становить більше 1,8 мас. 95, переважно більше 2,0 мас. 95, а особливо переважно більше 2,5 мас. 95, а вміст фосфору становить більше 0,5 мас. 95, переважно більше 0,8 мас. 95, а особливо переважно більше 1,0 мас. 95. Згідно з "5. УМіКепіпод,According to another preferred embodiment of the present invention, the carbon content in cast iron is more than 2.0 wt. 95, preferably more than 2.5 wt. 95, and especially preferably more than 3.0 wt. 95, the silicon content is more than 1.8 wt. 95, preferably more than 2.0 wt. 95, and especially preferably more than 2.5 wt. 95, and the phosphorus content is more than 0.5 wt. 95, preferably more than 0.8 wt. 95, and especially preferably more than 1.0 wt. 95. According to "5. UMiKepipod,

У. Соїв. Ргобієтв ої Те 5іШЬ-Аподе Соппесійп (Гідні Меїа!5 2007, 5. 865-873)" ступінь насичення вуглецем с в чавуні визначається формулою Зс - 950/4,23-0,31251-0,33Р--0,066Мп)о», 60 причому 96С означає вміст вуглецю, а 5і, Р, Мп означають вміст відповідних елементів. За певних обставин можливі заевтектичні концентрації вуглецю (пересичення), при цьому Зс може перевищувати 1.U. Soiv. Rgobietvoi Te 5iSh-Apode Soppesiip (Gidny Meia!5 2007, 5. 865-873)" the degree of carbon saturation in cast iron is determined by the formula Зс - 950/4.23-0.31251-0.33Р--0.066Мп)о ", 60 and 96С means the carbon content, and 5i, P, Mn mean the content of the corresponding elements. Under certain circumstances, eutectic concentrations of carbon (supersaturation) are possible, while Cc can exceed 1.

У рамках даного винаходу є переважним, коли згадана щонайменше одна виїмка заповнена чавуном щонайменше на 5095, переважно щонайменше на 8095, більш переважно щонайменше на 90 95, а найбільше переважно на 100 95. У випадку заповнення менш ніж на 50 95 може відбуватися утворення повітряного зазору і втрата притискного тиску, що веде до погіршення контакту між вузлом "катодний стрижень-чавун" і катодним блоком.Within the framework of the present invention, it is preferred when said at least one recess is filled with cast iron to at least 5095, preferably at least 8095, more preferably at least 90 95, and most preferably 100 95. In the case of filling less than 50 95, the formation of an air gap may occur and the loss of clamping pressure, which leads to the deterioration of the contact between the "cathode rod-cast iron" assembly and the cathode block.

Згідно із ще одним переважним варіантом здійснення даного винаходу згадана щонайменше одна виїмка заповнена аж до 10 95, переважно аж до 25 95, а більш переважно аж до 50 95 провідним металом, що має більш високу електропровідність, ніж чавун. Незаповнену частину виїмки заповнюють чавуном до 10095 ступеня заповнення. Завдяки заповненню провідним металом досягається вирівнювання розподілу струму уздовж катода. При ступені більше 50 95 заповнення залишкового об'єму чавуном сильно утруднене. У випадку заповнення виїмки провідним металом менш ніж на 1095 ефект вирівнювання розподілу струму не проявляється.According to another preferred embodiment of the present invention, said at least one recess is filled up to 10 95, preferably up to 25 95, and more preferably up to 50 95 with a conductive metal having a higher electrical conductivity than cast iron. The unfilled part of the recess is filled with cast iron up to 10095 degree of filling. Due to the filling with a conductive metal, the equalization of the current distribution along the cathode is achieved. When the degree is more than 50 95, filling the remaining volume with cast iron is very difficult. In the case of filling the recess with conductive metal by less than 1095, the effect of equalizing the current distribution is not manifested.

Провідний метал заповнення переважно має вигляд листа або стрижня. Застосування стрижня або листа робить прийнятними виробничі витрати і спрощує виготовлення в порівнянні із заливанням провідним металом, таким як, наприклад, мідь.The conductive filling metal is preferably in the form of a sheet or a rod. The use of a rod or sheet makes production costs acceptable and simplifies manufacturing compared to casting with a conductive metal such as, for example, copper.

Провідний металевий лист (фольга) переважно має товщину від 0,2 до 3,0 мм, переважно від 0,5 до 2,0 мм, а більш переважно від 0,8 до 1,5 мм.The conductive metal sheet (foil) preferably has a thickness of from 0.2 to 3.0 mm, preferably from 0.5 to 2.0 mm, and more preferably from 0.8 to 1.5 mm.

Відповідно до наступного переважного варіанта здійснення даного винаходу провідний металевий стрижень має в поперечному перерізі форму прямокутника або трикутника, або кола, або сегмента. У рамках даного винаходу під сегментом розуміють частину кола, яку обмежують дуга і хорда кола. У цьому випадку має місце, наприклад, поперечний переріз у формі півкола.According to the next preferred embodiment of the present invention, the conductive metal rod has a cross-sectional shape of a rectangle or a triangle, or a circle, or a segment. Within the framework of this invention, a segment is understood as a part of a circle bounded by an arc and a chord of the circle. In this case, there is, for example, a cross section in the form of a semicircle.

Згідно із ще одним переважним варіантом здійснення даного винаходу провідний круглий металевий стрижень має діаметр від 10 до 40 мм, переважно від 15 до 30 мм, а більш переважно від 20 до 25 мм.According to another preferred embodiment of the present invention, the conductive round metal rod has a diameter of 10 to 40 mm, preferably 15 to 30 mm, and more preferably 20 to 25 mm.

Переважно, згаданий щонайменше один паз для розміщення катодного стрижня є в поперечному перерізі прямокутним або виконаним у формі "ластівчиного хвоста", а переважно -Preferably, said at least one groove for placing the cathode rod is rectangular in cross-section or made in the form of a "dovetail", and preferably -

Зо у формі "ластівчиного хвоста".Zo in the form of a "swallow tail".

Переважно згаданий щонайменше один паз катодного блоку має змінну глибину, ії на поздовжніх кінцях катодного блоку паз має меншу глибину, ніж у середині катодного блоку.Preferably, said at least one groove of the cathode block has a variable depth, i.e. at the longitudinal ends of the cathode block the groove has a smaller depth than in the middle of the cathode block.

Завдяки цьому при роботі електролізера по довжині катодного блоку досягається більш рівномірний вертикальний розподіл струму, внаслідок чого зменшується підвищене зношування на кінцях катодного блоку і, отже, підвищується термін служби катода.Due to this, during operation of the electrolyzer along the length of the cathode block, a more uniform vertical distribution of current is achieved, as a result of which increased wear at the ends of the cathode block is reduced and, therefore, the service life of the cathode is increased.

Відповідно до наступного переважного варіанта здійснення даного винаходу згаданий щонайменше один паз щонайменше частково від поздовжніх кінців катодного блоку з кожної сторони на 1/3 довжини катода, переважно по всій довжині, футерований листовим графітом.According to the next preferred embodiment of the present invention, said at least one groove at least partially from the longitudinal ends of the cathode block on each side for 1/3 of the length of the cathode, preferably along the entire length, is lined with sheet graphite.

Листовий графіт може бути приклеєний графітовим клеєм, таким як, наприклад, клей на основі синтетичної смоли із графітовим наповнювачем, міцно затиснутий або ж просто покладений.Sheet graphite can be bonded with a graphite adhesive, such as a synthetic resin based adhesive with a graphite filler, firmly clamped or simply laid down.

Листовий графіт може являти собою графіт, вибраний із групи, що складається із природного графіту, синтетичного графіту або спученого графіту. Спучений графіт може бути отриманий, наприклад, як описано в ОЕ 1003927А1.The sheet graphite may be graphite selected from the group consisting of natural graphite, synthetic graphite or expanded graphite. Expanded graphite can be obtained, for example, as described in OE 1003927A1.

Відповідно до наступного переважного варіанта здійснення даного винаходу листовий графіт переважно складається зі спученого графіту або містить щонайменше частково спучений графіт. Застосування такого листового графіту приводить до більш рівномірного розподілу струму уздовж катодного блоку і зменшує механічне навантаження паза, тому що листовий графіт через його властивість стисливості може створювати надійний контакт між вузлом "катодний стрижень-чавун" і катодним блоком. Крім того, при застосуванні листового графіту зменшується опір контакту, тому що збільшується ефективна площа контакту завдяки пристосованості листового графіту до структури поверхні катодного блоку і шару чавуну.According to the next preferred embodiment of the present invention, the sheet graphite preferably consists of expanded graphite or contains at least partially expanded graphite. The use of such sheet graphite leads to a more even distribution of current along the cathode block and reduces the mechanical load of the groove, because sheet graphite, due to its compressibility, can create a reliable contact between the "cathode rod-cast iron" assembly and the cathode block. In addition, when using sheet graphite, the contact resistance decreases, because the effective contact area increases due to the adaptation of sheet graphite to the structure of the surface of the cathode block and the layer of cast iron.

Переважно, листовий графіт має товщину від 0,2 до 3,0 мм, переважно від 1,0 до 3,0 мм, а більш переважно від 1,5 до 2,0 мм. Починаючи з товщини 0,2 мм і більше, опір контакту зменшується, тому що завдяки листовому графіту збільшується площа контакту. При товщині більше 3,0 мм поводження з листовим графітом утруднюється внаслідок його обмеженої формованості.Preferably, the sheet graphite has a thickness of from 0.2 to 3.0 mm, preferably from 1.0 to 3.0 mm, and more preferably from 1.5 to 2.0 mm. Starting with a thickness of 0.2 mm and more, the contact resistance decreases because the contact area increases thanks to the sheet graphite. With a thickness of more than 3.0 mm, the handling of sheet graphite is difficult due to its limited formability.

Переважно, щоб листовий графіт мав густину від 0,04 до 1,3 г/см3, переважно від 0,2 до 0,5 г/см3, а більш переважно 0,3 г/см3.Preferably, the sheet graphite has a density of from 0.04 to 1.3 g/cm3, preferably from 0.2 to 0.5 g/cm3, and more preferably from 0.3 g/cm3.

Згідно із ще одним переважним варіантом здійснення даного винаходу катодний блок бо складається з матеріалу, що містить щонайменше 50 мас. 95 вуглецю, переважно щонайменшеAccording to another preferred embodiment of the present invention, the cathode block consists of a material containing at least 50 wt. 95 carbon, preferably at least

70 мас. 95, більш переважно щонайменше 90 мас. 95, а найбільше переважно щонайменше 99 мас. 95.70 wt. 95, more preferably at least 90 wt. 95, and most preferably at least 99 wt. 95.

При цьому вуглець може бути вибраний із групи, що складається з аморфного вуглецю, графітного вуглецю, графітованого вуглецю і будь-яких сумішей із двох або більше зазначених видів вуглецю.In this case, the carbon can be selected from the group consisting of amorphous carbon, graphitic carbon, graphitized carbon and any mixtures of two or more of the specified types of carbon.

Іншим об'єктом даного винаходу є катодна подина, що містить щонайменше один описаний раніше катодний блок. Катодна подина переважно містить від 8 до 36 описаних раніше катодних блоків.Another object of this invention is a cathode module containing at least one previously described cathode block. The cathode module preferably contains from 8 to 36 previously described cathode blocks.

Крім того, даний винахід належить до електролізера для виробництва алюмінію, що містить щонайменше одну описану раніше катодну подину.In addition, the present invention relates to an electrolyzer for the production of aluminum containing at least one previously described cathode podina.

Даний винахід описується далі винятково як приклад на основі переважних варіантів здійснення і з посиланням на прикладені фігури.The present invention is described below solely by way of example based on preferred embodiments and with reference to the attached figures.

На фіг. 1А показане об'ємне зображення приведеного в робоче положення катодного блоку із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 1A shows a three-dimensional image of the cathode unit brought into working position with a cathode rod filled with cast iron.

На фіг. 1В показаний поперечний переріз (вигляд у перерізі по лінії А на фіг. ТА) приведеного в робоче положення катодного блоку із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 1B shows a cross-section (a cross-sectional view along line A in Fig. TA) of a cathode block brought into working position with a cast-iron cathode rod.

На фіг. 2 показаний поперечний переріз приведеного в робоче положення катодного блоку за винаходом із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 2 shows a cross-section of the cathode block according to the invention brought into working position with a cast-iron cathode rod.

На фіг. 3 показаний поперечний переріз іншого варіанта виконання приведеного в робоче положення катодного блоку за винаходом із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 3 shows a cross-section of another embodiment of the cathode block according to the invention brought into working position with cast-iron cathode rod.

На фіг. 4 показаний поперечний переріз іншого варіанта виконання приведеного в робоче положення катодного блоку за винаходом із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 4 shows a cross-section of another embodiment of the cathode block according to the invention brought into working position with cast-iron cathode rod.

На фіг. 5 показаний поперечний переріз іншого варіанта виконання приведеного в робоче положення катодного блоку за винаходом із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 5 shows a cross-section of another embodiment of the cathode block according to the invention brought into working position with cast-iron cathode rod.

На фіг. 6 показаний поперечний переріз іншого варіанта виконання приведеного в робоче положення катодного блоку за винаходом із залитим чавуном катодним стрижнем.In fig. 6 shows a cross-section of another embodiment of the cathode block according to the invention brought into working position with cast-iron cathode rod.

На фіг. 7 показане об'ємне зображення половини приведеного в робоче положення катодного блоку, причому паз має змінну глибину, і на поздовжньому кінці катодного блоку паз має меншу глибину, ніж у середині катодного блоку.In fig. 7 shows a three-dimensional image of half of the cathode block brought into working position, and the groove has a variable depth, and at the longitudinal end of the cathode block the groove has a smaller depth than in the middle of the cathode block.

Зо На фіг. 1А показане об'ємне зображення приведеного в робоче положення катодного блоку із залитим чавуном катодним стрижнем.Zo In fig. 1A shows a three-dimensional image of the cathode unit brought into working position with a cathode rod filled with cast iron.

На фіг. 18 показаний поперечний переріз (вигляд у перерізі по лінії А на фіг. 1А) приведеного в робоче положення катодного блоку (1) із залитим чавуном катодним стрижнем (3). Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. Представлений паз має форму "ластівчиного хвоста". Перехідна ділянка галтелі паза (10, 10") обмежена перехідною ділянкою між початком (11, 117) і кінцем (12, 12.In fig. 18 shows a cross-section (view in section along line A in Fig. 1A) of the cathode block (1) brought into working position with cast-iron cathode rod (3). The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. The presented groove has a "dovetail" shape. The transition section of the groove fillet (10, 10") is limited by the transition section between the beginning (11, 117) and the end (12, 12.

На фіг. 2 показаний поперечний переріз приведеного в робоче положення катодного блоку (1) із залитим чавуном катодним стрижнем (3). Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. На дні паза (7) перебувають листовий графіт (4) і дві виїмки з піднутреннями (5, 5).In fig. 2 shows a cross-section of the cathode block (1) brought into working position with a cast-iron cathode rod (3). The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. At the bottom of the groove (7) there are sheet graphite (4) and two notches with undercuts (5, 5).

На фіг. З показаний поперечний переріз приведеного в робоче положення катодного блоку (1) із залитим чавуном катодним стрижнем (3). Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. На дні паза (7) перебуває листовий графіт (4). Дві виїмки з піднутреннями і горловиною (8) перебувають у галтелях на дні паза (7).In fig. C shows a cross-section of the cathode block (1) brought into working position with a cast-iron cathode rod (3). The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. Sheet graphite (4) is located at the bottom of the groove (7). Two notches with undercuts and a neck (8) are in the halyards at the bottom of the groove (7).

На фіг. 4 показаний поперечний переріз приведеного в робоче положення катодного блоку (1) із залитим чавуном катодним стрижнем (3). Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. На дні паза (7) перебувають листовий графіт (4) і дві виїмки з піднутреннями (5, 5), які містять мідний заповнювач (9, 9). Мідний заповнювач був залитий у рідкому вигляді.In fig. 4 shows a cross-section of the cathode block (1) brought into working position with a cast-iron cathode rod (3). The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. At the bottom of the groove (7) there are sheet graphite (4) and two notches with undercuts (5, 5), which contain copper filler (9, 9). Copper aggregate was poured in liquid form.

На фіг. 5 показаний поперечний переріз приведеного в робоче положення катодного блоку (1) із залитим чавуном катодним стрижнем (3). Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. На дні паза (7) перебувають листовий графіт (4) і дві виїмки з піднутреннями (5, 5"), які містять мідний стрижень (9, 9) круглого поперечного перерізу як заповнювач.In fig. 5 shows a cross-section of the cathode block (1) brought into working position with a cast-iron cathode rod (3). The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. At the bottom of the groove (7) are sheet graphite (4) and two recesses with undercuts (5, 5"), which contain a copper rod (9, 9) of circular cross-section as a filler.

На фіг. 6 показаний поперечний переріз приведеного в робоче положення катодного блоку (1) із залитим чавуном катодним стрижнем (3). Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. На дні паза (7) бо перебувають листовий графіт (4) і три виїмки з піднутреннями і горловиною (8).In fig. 6 shows a cross-section of the cathode block (1) brought into working position with a cast-iron cathode rod (3). The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. At the bottom of the groove (7) there are sheet graphite (4) and three notches with undercuts and a neck (8).

На фіг. 7 показане об'ємне зображення половини приведеного в робоче положення катодного блоку, причому паз має змінну глибину, і на поздовжньому кінці катодного блоку паз має меншу глибину, ніж у середині катодного блоку. Катодний стрижень (3) перебуває в пазу (2), утвореному бічними стінками паза (6, 6) і дном паза (7), і оточений чавуном. Дві виїмки з піднутреннями і горловиною (8) перебувають у галтелях на дні паза, тобто в перехідній ділянці між бічними стінками (6, 6) і дном паза (7). Паз (2) на поздовжніх кінцях катодного блоку має меншу глибину, ніж у середині катодного блоку, тобто він являє собою паз зі змінною глибиною (13).In fig. 7 shows a three-dimensional image of half of the cathode block brought into working position, and the groove has a variable depth, and at the longitudinal end of the cathode block the groove has a smaller depth than in the middle of the cathode block. The cathode rod (3) is in the groove (2), formed by the side walls of the groove (6, 6) and the bottom of the groove (7), and is surrounded by cast iron. Two notches with undercuts and a neck (8) are in the halyards at the bottom of the groove, that is, in the transition area between the side walls (6, 6) and the bottom of the groove (7). The groove (2) at the longitudinal ends of the cathode block has a smaller depth than in the middle of the cathode block, that is, it is a groove with variable depth (13).

Даний винахід пояснюється далі прикладами здійснення, причому приклади здійснення не накладають на винахід обмежень.This invention is further explained by examples of implementation, and examples of implementation do not impose restrictions on the invention.

Приклад здійснення 1Implementation example 1

У катодному блоці із зовнішніми розмірами 530 мм х 410 мм х 3360 мм (ширина (В) х висота (Н) х довжина (3) вифрезерували паз у формі "ластівчиного хвоста" із шириною 180 мм на дні паза і зіві паза, що звужується до 165 мм на половині висоти між дном паза і зівом паза, і з галтеллю паза радіусом 20 мм. На дні паза із проміжком 80 мм симетрично вифрезерували дві виїмки з піднутренням. Із цією метою була застосована кульова фреза з діаметром кулі 30 мм, причому куля була занурена в матеріал на глибину тільки 25 мм. Завдяки цьому розмикання окружності виїмки менше діаметра і утворює піднутрення. Листовий графіт товщиною 2 мм розрізали на шматки розміром 50 ммх3360 мм (Вхі) їі уклали на дно паза блоку, починаючи з поздовжнього кінця (торця). Виїмку на поздовжніх кінцях блоку закрили 150 г матеріалу катода.A cathode block with external dimensions of 530mm x 410mm x 3360mm (width (H) x height (H) x length (3) has a 180mm wide dovetail groove milled at the bottom of the groove and at the mouth of the tapered groove to 165 mm at half the height between the bottom of the slot and the mouth of the slot, and with a 20 mm radius groove fillet. At the bottom of the slot, with an interval of 80 mm, two undercuts were symmetrically milled. For this purpose, a ball mill with a ball diameter of 30 mm was used, and the ball was immersed in the material to a depth of only 25 mm. Due to this opening, the circumference of the notch is smaller than the diameter and forms an undercut. 2 mm thick sheet graphite was cut into pieces of size 50 mmx3360 mm (Вхи) and laid on the bottom of the groove of the block, starting from the longitudinal end (end). 150 g of cathode material covered the recess at the longitudinal ends of the block.

Потім у паз помістили катодний стрижень і залили 350 кг чавуну.Then a cathode rod was placed in the groove and 350 kg of cast iron was poured.

Приклад здійснення 2Implementation example 2

У катодному блоці із зовнішніми розмірами 530 мм х 410 мм х 3360 мм (ВхНхІ) вифрезерували паз у формі "ластівчиного хвоста" із шириною 180 мм на дні паза і зіві паза, що звужується до 165 мм на половині висоти між дном паза і зівом паза, і з галтеллю паза радіусом 20 мм. На дні паза вифрезерували дві виїмки з піднутреннями в обох галтелях паза катодного блоку під кутом 45". Така форма була виконана кінцевою сферичною фрезою (з діаметром кулі 15 мм, з діаметром хвостовика 10 мм, із загальною глибиною виїмки 19 мм), причому фрезерування було виконане від однієї вузької сторони до іншої вузької сторони і при цьомуIn the cathode block with external dimensions of 530 mm x 410 mm x 3360 mm (HxHxD), a dovetail-shaped groove was milled with a width of 180 mm at the bottom of the groove and at the mouth of the groove, tapering to 165 mm at half the height between the bottom of the groove and the mouth of the groove , and with a groove groove with a radius of 20 mm. At the bottom of the groove, two grooves were milled with undercuts in both sides of the groove of the cathode block at an angle of 45". This shape was made with a spherical end mill (with a ball diameter of 15 mm, with a shank diameter of 10 mm, with a total depth of the groove of 19 mm), and the milling was made from one narrow side to the other narrow side and at the same time

Зо куля фрези була повністю занурена в матеріал. Листовий графіт товщиною 2 мм розрізали на шматки розміром 165 мм х 3360 мм (Вх!) і уклали на дно паза блоку, починаючи з поздовжнього кінця. Виїмку на поздовжніх кінцях блоку закрили 100 г матеріалу катода. Потім у паз помістили катодний стрижень і залили 350 кг чавуну.From the ball, the cutter was completely immersed in the material. Sheet graphite 2 mm thick was cut into pieces measuring 165 mm x 3360 mm (H!) and laid on the bottom of the groove of the block, starting from the longitudinal end. The recess at the longitudinal ends of the block was covered with 100 g of cathode material. Then a cathode rod was placed in the groove and 350 kg of cast iron was poured.

Позначення 00606600 |Бічнастінналазад////777777777771111111111сСсСсСс2с 0029 (Мідь 11111111Designation 00606600 | Side wall back////777777777771111111111сСсСсСс2с 0029 (Copper 11111111

Claims (14)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 1. Катодний блок на основі вуглецю для електролізера з виробництва алюмінію із щонайменше одним пазом для розміщення щонайменше одного катодного стрижня, причому згаданий щонайменше один паз має щонайменше одну прохідну, щонайменше місцями в його поздовжньому напрямку, виїмку із щонайменше одним піднутренням, причому як виїмку із піднутренням розуміють форму, в якій після заповнення виїмки щонайменше рідким чавуном 45 затверділий заповнюючий матеріал не може бути видалений з виїмки без руйнування форми, причому згадана щонайменше одна виїмка знаходиться на дні паза і/або в галтелі паза, і/або стосується галтелі паза.FORMULA OF THE INVENTION 40 1. A carbon-based cathode block for an electrolyzer for the production of aluminum with at least one groove for accommodating at least one cathode rod, and said at least one groove has at least one through, at least in places in its longitudinal direction, notch with at least one undercut, and as a recess with an undercut is understood a mold in which, after filling the recess with at least liquid cast iron 45, the hardened filling material cannot be removed from the recess without destroying the mold, and said at least one recess is at the bottom of the groove and/or in the fillet of the groove, and/or touches the fillet groove 2. Катодний блок за п. 1, причому згадана щонайменше одна прохідна у поздовжньому напрямку виїмка має в поперечному перерізі форму розімкнутої у бік паза окружності або розімкнутої у бік паза окружності з горловиною, причому розімкнута частина виконана меншою, ніж діаметр окружності.2. Cathode unit according to claim 1, and the said at least one recess passing in the longitudinal direction has a cross-sectional shape of a circle opened toward the groove or a circle opened toward the groove with a neck, and the open part is made smaller than the diameter of the circle. З. Катодний блок за п. 2, причому в горловині згаданої щонайменше однієї виїмки стінки в поперечному перерізі проходять паралельно або непаралельно одна одній.C. Cathode block according to claim 2, and in the neck of said at least one recess, the walls in the cross section run parallel or non-parallel to each other. 4. Катодний блок за п. 1 або 2, причому згадана щонайменше одна прохідна в поздовжньому напрямку виїмка має, якщо дивитися по довжині катодного блока, змінну загальну глибину щодо дна паза, і згадана щонайменше одна виїмка на поздовжніх кінцях катодного блока має меншу загальну глибину, ніж усередині катодного блока.4. Cathode block according to claim 1 or 2, and said at least one recess extending in the longitudinal direction has, when viewed along the length of the cathode block, a variable overall depth relative to the bottom of the groove, and said at least one recess at the longitudinal ends of the cathode block has a smaller overall depth, than inside the cathode block. 5. Катодний блок за п. 1 або 4, причому згадана щонайменше одна прохідна в поздовжньому напрямку виїмка має загальну глибину від 5 до 80 мм.5. Cathode unit according to claim 1 or 4, and the said at least one recess passing in the longitudinal direction has a total depth of 5 to 80 mm. 6. Катодний блок за п. 1, причому згадана щонайменше одна виїмка заповнена чавуном або сполученням провідного металу і чавуну.6. Cathode block according to claim 1, and said at least one recess is filled with cast iron or a combination of conductive metal and cast iron. 7. Катодний блок за п. 6, причому згадана щонайменше одна виїмка щонайменше на 50 95 заповнена чавуном.7. The cathode unit of claim 6, wherein said at least one recess is at least 50 95 filled with cast iron. 8. Катодний блок за п. 6, причому згадана щонайменше одна виїмка щонайменше на 10 95 заповнена провідним металом.8. The cathode unit according to claim 6, wherein said at least one recess is at least 10 95 filled with conductive metal. 9. Катодний блок за п. 6 або 8, причому провідний метал заповнення має форму листа або стрижня.9. Cathode unit according to claim 6 or 8, and the conductive filling metal has the form of a sheet or a rod. 10. Катодний блок за п. 1, причому згаданий щонайменше один паз має змінну глибину, ії на поздовжніх кінцях катодного блока паз має меншу глибину, ніж усередині катодного блока.10. The cathode block according to claim 1, and said at least one groove has a variable depth, and at the longitudinal ends of the cathode block the groove has a smaller depth than inside the cathode block. 11. Катодний блок за п. 1, причому згаданий щонайменше один паз від поздовжніх кінців катодного блока з кожної сторони на 1/3 довжини катода футерований листовим графітом.11. The cathode block according to claim 1, and said at least one groove from the longitudinal ends of the cathode block on each side for 1/3 of the length of the cathode is lined with sheet graphite. 12. Катодний блок за п. 11, причому листовий графіт має товщину в інтервалі від 0,2 до 3,0 мм.12. The cathode block according to claim 11, and the sheet graphite has a thickness in the range from 0.2 to 3.0 mm. 13. Катодна подина, що містить щонайменше один катодний блок за будь-яким з попередніх пунктів.13. Cathode module containing at least one cathode unit according to any of the previous items. 14. Електролізер, причому він містить катодну подину за п. 13. А УТ рання ща Її Гашванс14. An electrolyzer, and it contains a cathode podina according to claim 13. And UT is an early version of Her Gashvans ФІГ. 1FIG. 1